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淺析防腐鋼管防腐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

時(shí)間：2022-01-13

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       防腐鋼管是用管道作為運(yùn)輸工具的一種長距離輸送液體和氣體物資的輸方式，是一種專門由生產(chǎn)地向市場輸送石油、煤和化學(xué)產(chǎn)品的運(yùn)輸方式，是統(tǒng)一運(yùn)輸網(wǎng)中干線運(yùn)輸?shù)奶厥饨M成部分。有時(shí)候，氣動(dòng)管也可以做到類似工作，以壓縮氣體輸送固體艙，而內(nèi)里裝著貨物。管道運(yùn)輸石油產(chǎn)品比水運(yùn)費(fèi)用高，但仍然比鐵路運(yùn)輸便宜。大部分管道都是被其所有者用來運(yùn)輸自有產(chǎn)品。管道運(yùn)輸在世-界上已經(jīng)具有了140多年的歷史，在這140多年中管道建設(shè)的相關(guān)施工技術(shù)、施工機(jī)具以及防腐技術(shù)等方面的改變都很大。
　　我國的管道技術(shù)方面也有了長足的發(fā)展，并且已經(jīng)形成了一套適合我國現(xiàn)在國情的管道的防腐體系。現(xiàn)在越來越多的人認(rèn)識(shí)并認(rèn)可了管道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)越性，由于經(jīng)常發(fā)生因腐蝕所引起的相關(guān)管線的穿孔破壞方面的問題，所以用哪種材料來作為運(yùn)輸?shù)墓艿酪呀?jīng)成為一大熱點(diǎn)。盡管我國的防腐涂層生產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，一些技術(shù)也已經(jīng)達(dá)到了國外的水平，但是與國外相比，還是存在一定差距。尤其是在防腐層而言，其在材料品質(zhì)、設(shè)計(jì)應(yīng)用以及補(bǔ)口技術(shù)等相關(guān)方面。
　　管道的防腐體系
　　電化學(xué)防腐
　　電化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)是有電流產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕中的電流也正是由于金屬在電解質(zhì)溶液中形成了結(jié)構(gòu)與原電池相似的“腐蝕電池”而產(chǎn)生的。通常在電化學(xué)腐蝕的金屬中，腐蝕電池極小，但數(shù)量極多。金屬接觸到電解質(zhì)溶液，發(fā)生原電池效應(yīng)，比較活潑的金屬原子失去電子而被氧化，腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，叫電化學(xué)腐蝕或電化腐蝕。例如鋼鐵在潮濕空氣中，表面吸附一層薄薄的水膜，純水是弱電解質(zhì)，它能電離出少量的H+和OH-同時(shí)，由于空氣里的CO2的溶解使水里的 H+增多，結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液薄膜，它跟鋼鐵的鐵和少量的碳或其它雜質(zhì)恰好構(gòu)成了原電池，因此鋼鐵制品的表面就形成了無數(shù)微小的原電池，在這些原電池里鐵是負(fù)極碳是正極這時(shí)作為負(fù)極的鐵就失去電子而被氧化：Fe-2e=Fe2+；在正極，溶液里的H+得到電子而被還原，后產(chǎn)生氫氣在碳的表面放出：2 H++2e=H2，這種腐蝕通常叫析氫腐蝕。如果鋼鐵表面的水膜酸性很弱或呈中性，在負(fù)極上也是鐵失去電子而被氧化成Fe2+，而在正極上主要是溶解于水膜里的氧氣得到電子而被還原，這種腐蝕叫吸氧腐蝕
　　金屬的電化學(xué)腐蝕和腐蝕的電化學(xué)控制，目前基本上還建立在唯象理論基礎(chǔ)上，腐蝕理論和技術(shù)上的突破將主要依賴金屬等材料界面電化學(xué)分子水平的研究。當(dāng)前的研究主要包括：在復(fù)雜的宏觀體系中基元腐蝕過程及其相互作用的理論模型；決定體系使用時(shí)長的參數(shù)及時(shí)長預(yù)測；對重要技術(shù)設(shè)備腐蝕實(shí)施監(jiān)控的傳感器技術(shù)；應(yīng)用于腐蝕保護(hù)的新電極材料；耐腐蝕新材料的開發(fā)；金屬鈍化膜的成分、晶體結(jié)構(gòu)及電子性質(zhì)，鈍化膜局部破壞和金屬局部腐蝕的理論模型、統(tǒng)計(jì)處理及原位微區(qū)測試技術(shù)；金屬表面耐蝕處理的技術(shù)和理論；緩蝕劑電化學(xué)行為的分子水平研究。
　　國外已成功地將水性硅酸鋅涂料用于長輸管道的防腐，其中的應(yīng)用實(shí)例有澳大利亞Morgan-Wyalla油管長達(dá)250km，采用水性硅酸鋅為防銹涂料，結(jié)果很好。以色列、韓國采用環(huán)氧富鋅底漆代替熱噴鋅，用于地下管道防腐，亦取得良好結(jié)果。使用富鋅類涂料應(yīng)特別注意的是鋅在常溫下相對鐵是陽極，但在一定溫度范圍內(nèi)（76。7~ 104。4），鋅對鐵來說就變成了陰極，腐蝕發(fā)生時(shí)，鐵成為陽極首先被腐蝕掉。
　　涂料防腐
　　1. 環(huán)氧煤瀝青層         隨著過河管道、江心取水頭部與岸邊連接井管道、污水深水排放管道、長距離江底或海底輸水管線的修建，水下鋼管防腐涂料發(fā)展很快。如：環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧粉末、聚乙烯膠粘帶、黃綠夾克及氯化橡膠漆膜等。
　　環(huán)氧煤瀝青防腐涂料，是以厚膜、長效和適用于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境條件為主要特征的一種專用系列涂料產(chǎn)品。該防腐涂料在水下管道工程中具有良好而穩(wěn)定的防腐性能，尤其是耐海水、江水的腐蝕，在國內(nèi)外作為鋼結(jié)構(gòu)的長效防腐涂料被廣泛應(yīng)用于惡劣的腐蝕環(huán)境中，它在水下鋼質(zhì)管道防腐工程中也得到了廣泛應(yīng)用。如： 1997年鎮(zhèn)江市污水截流工程敷設(shè)的DN1200和DN1400兩根總長各為800m的污水過江管道的內(nèi)外防腐（以下簡稱污水工程）及1998年南京市大廠區(qū)飲用水源改造工程敷設(shè)的兩根DN1400，總長各為620m的過江輸水管線的外防腐（以下簡稱給水工程）均采用了環(huán)氧煤瀝青涂料，并取得了良好的結(jié)果。環(huán)氧煤瀝青涂料是由環(huán)氧樹脂、煤焦瀝青、顏料、溶劑、固化劑等組成，為雙組分包裝，一組分中有底漆和面漆，另一組分為固化劑。它具有以下特點(diǎn)：
　　（1）防銹性和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性良好。在污水工程中，管道內(nèi)輸送的介質(zhì)為城市生活污水和工業(yè)廢水，其化學(xué)成分很復(fù)雜。在施工中，管道內(nèi)防腐采用一底五油，涂層厚度不小于420um，按理論計(jì)算的防腐層的保護(hù)年限為20年。
　　（2）電絕緣性優(yōu)良，耐離散電流、耐熱、耐溫度劇變等。環(huán)氧樹脂本身是熱塑性高分子化合物，加入固化劑后能在幾小時(shí)內(nèi)交聯(lián)固化，形成不熔的高分子涂層。在兩個(gè)工程中，鋼管的外壁防腐均采用一底四布五油，涂層厚度為600~ 900Lm，玻璃布固化后形成類似玻璃鋼結(jié)構(gòu)的致密涂層，從而使鋼管表面與外界電解質(zhì)有的絕緣性。
　　（3）物理機(jī)械性能良好，附著力好，漆膜堅(jiān)韌耐磨。成膜后分子結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)上羥基已被醚化，所以質(zhì)量穩(wěn)定，涂膜剛?cè)峤Y(jié)合，耐磨性好。另外，因涂膜分子中含有的極性羥基與相臨界面產(chǎn)生引力，如與金屬表面上的游離鍵起反應(yīng)，而形成牢固的化學(xué)鍵，因而大大地加強(qiáng)了涂膜的附著力。在兩個(gè)工程的施工中，鋼管的防腐作業(yè)現(xiàn)場與安裝地點(diǎn)相距很遠(yuǎn)，需進(jìn)行2~ 3次的吊裝和運(yùn)輸。在吊裝和運(yùn)輸過程中沒有發(fā)現(xiàn)大的損傷和剝落現(xiàn)象。
　　2. 環(huán)氧玻璃鱗片涂料         玻璃是一種優(yōu)良的抗化學(xué)藥品和抗老化性的無機(jī)材料。玻璃鱗片是玻璃經(jīng)1700 ℃高溫熔化再經(jīng)獨(dú)特工藝吹制而成的極薄的玻璃碎片，厚度一般為2~5μm ，片晶長度為 100~300μm。玻璃鱗片的片徑縱橫越大，涂層的抗?jié)B透性能越強(qiáng)。玻璃鱗片能把涂層分割成許多小空間，使涂層中的微裂紋、微氣泡相互分割，同時(shí)抑制了毛細(xì)管作用的滲透。玻璃鱗片的硬化收縮率只有其它材料的幾分之一到幾10分之一，這大大地提高了涂層的附著力和抗沖擊性能，抑制了涂層龜裂、剝落等缺陷。
　　（1）環(huán)氧玻璃鱗片涂料的特點(diǎn) 由于玻璃鱗片的化學(xué)惰性，使它具有良好的配伍性，可與氯化橡膠、氯磺化聚乙烯、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧煤瀝青、酚醛環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和乙烯酯等多種樹脂組成防腐涂料。環(huán)氧樹脂涂料本身具有良好的附著力、抗化學(xué)品性和電絕緣性等優(yōu)良性能。加入玻璃鱗片進(jìn)行優(yōu)良組合后，具有極優(yōu)良的抗介質(zhì)滲透性、優(yōu)良的耐磨損性、硬化時(shí)收縮率小，熱膨脹系數(shù)小、襯里下基體溫表粘結(jié)性好，耐溫驟變性好、施工方便，可采用噴、滾刷和抹等工藝，修補(bǔ)容易。
　　（2）玻璃鱗片涂料的防腐機(jī)理涂料作為防腐層簡單的方法，就是使介質(zhì)與基體隔絕，而涂料通常存在孔隙，而介質(zhì)（水、酸、堿）等小分子的直徑一般比涂層的孔隙要小，加上這些與涂層接觸的介質(zhì)都是直線地通過，而涂層又不可能涂得很厚（否則要產(chǎn)生裂紋），一般的涂料即使可以地耐其所接觸的介質(zhì)腐蝕，但它抵擋不住介質(zhì)向基體的擴(kuò)散滲透。所以，普通的防腐涂料一般只能作為大氣防腐而不能起到襯里的作用，尤其在液相介質(zhì)和溫度較高的場合。玻璃鱗片的加入使涂料發(fā)生了二方面的變化，一是可以加工成很厚而不要擔(dān)心會(huì)發(fā)生裂紋，這是因?yàn)椴Ａ[片把涂層分割成許多小的空間而大大地降低了涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)；二是由于玻璃鱗片的多層平行與基體排列，使介質(zhì)擴(kuò)散滲透的路線變得彎彎曲曲，延長了介質(zhì)滲透擴(kuò)散至基體的時(shí)間。用于涂料中的玻璃鱗片具有魚鱗效應(yīng)：成千上萬的鱗片交錯(cuò)排列，形成涂層內(nèi)復(fù)雜曲折的滲透擴(kuò)散途徑，使得腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路線變得相當(dāng)曲折變曲，很難達(dá)到基材。
3. 高固體分環(huán)氧鋁粉漆
　　大部分環(huán)氧樹脂涂料都是以高相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂為成膜基料的，而高固體分改性環(huán)氧鋁粉漆采用的是以低相對分子質(zhì)量碳?xì)錁渲男缘某赡の铮缓瑸r青致癌物，不用異氰酸酯固化，具有優(yōu)異的表面潤濕性和滲透性，涂層附著力優(yōu)異，漆膜堅(jiān)韌耐磨，與陰極保護(hù)系統(tǒng)相容性好，可以在冬季低溫時(shí)固化。涂膜中加入鋁粉，增強(qiáng)了防水耐蝕性能。埋地鋼質(zhì)管道由于處于埋地環(huán)境，不可能進(jìn)行重涂，因此要求采用重防腐涂裝系統(tǒng)，同時(shí)要與陰極保護(hù)系統(tǒng)相容。漆膜要堅(jiān)韌耐磨，不因搬運(yùn)、安裝和回填等產(chǎn)生漆膜損傷。由于受施工場地的條件限制，涂料要易于施工，好噴涂2道即可達(dá)到規(guī)定膜厚，縮短施工周期。而玻璃布增強(qiáng)的瀝青或環(huán)氧煤瀝青防銹漆，涂層系統(tǒng)高達(dá)11道工序。高固體分改性環(huán)氧鋁粉漆體積固體含量高達(dá)87%、溶劑含量僅為13%，為環(huán)保型高性能涂料。噴涂一道干膜厚度即可以達(dá)到150~350um。碳?xì)錁渲男允雇磕ぞ哂辛己玫牡捅砻嫣幚硇阅埽词乖诖蚰サ絊t2~3級(jí)的鋼材表面，仍然有優(yōu)異仍然有優(yōu)異的附著力和長效耐久的防腐蝕性能，這對于埋地管道的焊縫補(bǔ)口和漆膜損傷部位的修補(bǔ)顯得特別有利。
　　然而，由于埋地管道要求超長期防腐20~30年，并且由于施工現(xiàn)場工期緊，工作任務(wù)大，因此推-薦全-面噴砂到Sa2.5，僅對補(bǔ)口處等部位做機(jī)械打磨處理。
　　熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)在海底管線中的應(yīng)用
　　在海洋石油工程中，防止材料腐蝕是一項(xiàng)重要的課題，目前主要以涂層作為防護(hù)手段。環(huán)氧粉末是一種由環(huán)氧樹脂、固化劑填料和顏料等組成的單組分、熱固性粉末涂料。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層具有熱固性交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與鋼的某種程度的化學(xué)鍵結(jié)合特性，作為防腐層具有優(yōu)良的性能，因此被越來越多地應(yīng)用于長距離輸送油氣管道的防腐。國外20世紀(jì)80年代就用熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層取代其他防腐涂層，90年代以來，在新制定的海洋工程項(xiàng)目中，管道的防腐基本都采用熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)。
　　1981年，英國Marather石油公司首先成功地在北海安裝了一條熔結(jié)環(huán)氧粉末和水泥配重涂層管線（直徑為762mm）近年來，隨著國內(nèi)對管道防腐重要性認(rèn)識(shí)的提高及管道防腐技術(shù)的發(fā)展，也開始采用熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)。2005年，我國杭州灣和鎮(zhèn)海海底管線項(xiàng)目的海底管線全部采用熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層和混凝土配重涂層管線，目前已鋪設(shè)完成并投入運(yùn)。
　　大量的應(yīng)用表明，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是海底管道防腐的理想手段。雙層環(huán)氧粉末外涂層的特點(diǎn)：雙層環(huán)氧粉末外涂層是采用靜電噴涂技術(shù)，將環(huán)氧粉末噴射到預(yù)熱鋼管的表面，利用環(huán)氧粉末的熱固性交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與鋼的某種程度的化學(xué)鍵結(jié)合特性，使環(huán)氧粉末熔結(jié)固化反應(yīng)后形成堅(jiān)硬而致密的立體結(jié)構(gòu)防腐層。靜電噴涂技術(shù)的基本原理是，環(huán)氧粉末由壓縮空氣輸送到噴槍前端，粉末在噴槍出口處通過高壓靜電而產(chǎn)生空氣電離層，此時(shí)粉末粒子帶有電荷，而鋼管外表面帶有相反的電荷，飛向鋼管表面的粉末粒子在靜電力和黏結(jié)力的作用下，吸附在鋼管表面，形成一層厚度均勻的涂層。
　　雙層環(huán)氧粉末外涂層兩種不同性能的涂層在噴涂過程中一次成膜熔結(jié)完成，其底涂層由普通環(huán)氧粉末熔結(jié)而成，主要起防腐作用；面涂層由改性環(huán)氧粉末熔結(jié)而成，主要起提高機(jī)械性能的作用因此，雙層環(huán)氧粉末外涂層既具有優(yōu)越的防腐性能，又具有良好的抗沖擊和耐磨的機(jī)械性能；同時(shí)易于施工，經(jīng)濟(jì)性也比。鋪設(shè)海底管線時(shí)，管線管的防腐層和混凝土層會(huì)受到較大剪切力的作用，如果配重層與防腐層的剪切強(qiáng)度不夠，則會(huì)出現(xiàn)配重層滑脫的現(xiàn)象。
　　因此，需對防腐層進(jìn)行增阻。不同類型的防腐層所采取的增阻措施是不同的。根據(jù)國外的施工經(jīng)驗(yàn)可知，石油瀝青和煤焦油瓷漆防腐層與混凝土有的相容性，配重時(shí)不需要采取增阻措施；熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層和三層聚乙烯涂層與混凝土之間的摩擦阻力較小，配重時(shí)需要采取相應(yīng)的增阻措施。
　　綜上所述，可以說，雖然我國的防腐技術(shù)還不是很成熟，但是正在被改進(jìn)和完善。例如對于外防腐層而言，其質(zhì)量的好壞將會(huì)對管線運(yùn)營的使用時(shí)長以及安-全起著直接性的影響，這就要求我們要對高壓管線的檢測技術(shù)以及防腐技術(shù)進(jìn)行不斷的提高和改進(jìn)，以此來對安-全等方面加以確保。相信在不遠(yuǎn)的將來我們的管道建設(shè)方面也會(huì)取得比較輝煌的成就。